《水力学》课程教学资源（PPT课件）第六章 明渠恒定均匀流

第六章明渠恒定均匀流述概第一节明渠水流日1、概念明渠（Channel）：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠明渠流：具有露在大气中的自由液(Channel Flow)（明槽流）或无压流面的槽内液体流动称为明渠流(Free Flow)返回课目U合返回书

1 第六章 明渠恒定均匀流 第一节 概 述 明渠（Channel）：是人工渠道、天然河道以及不 满流管道统称为明渠。 明渠流（Channel Flow） ：具有露在大气中的自由液 面的槽内液体流动称为明渠流（明槽流）或无压流 （Free Flow）。 一、明渠水流 1、概念

2、明渠流动的特点录像1具有自由液面，Po=0，无压流（满管流则是有压流重力是流动的动力，明渠流是重力流，管流则是压力流2(3)渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速个水深。(4)边界的突然变化将影响明渠流动的状态闸门无闸门有闸门77777777777压力流无压流返回课目U返回书

2 2、明渠流动的特点 (1) 具有自由液面，p0=0，无压流（满管流则是有压流）。 (2) 重力是流动的动力，明渠流是重力流，管流则是压力流。 (3) 渠道的坡度影响水流的流速、水深。坡度增大，则流速 ， 水深。 (4) 边界的突然变化将影响明渠流动的状态。 v1 v2 v 闸门 无闸门 有闸门 压力流 无压流

43、明渠流的分类非恒定流明渠流均匀流渐变流恒定流非均匀流急变流渠道的形式按横断面形状分类：梯形：常用的断面形状矩形：用于小型灌溉渠道当中抛物线形：较少使用圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中高水位低水位返回课目U合返回书概述

3 1、按横断面形状分类： • 梯形：常用的断面形状 • 矩形：用于小型灌溉渠道当中 • 抛物线形：较少使用 • 圆形：为水力最优断面，常用于城市的排 水系统中 • 复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中 高水位 低水位 概述3、明渠流的分类 明渠流 非恒定流 恒定流 非均匀流 均匀流 渐变流 急变流 二、渠道的形式

2、按明渠的断面形状、尺寸是否沿流程变化分：棱柱形渠道（PrismaticChannel）：断面形状和尺寸沿程不变明渠的长直明渠称为棱柱形渠道。h=f(i)非棱柱形渠道(Non-Prismatic Channel)断面形状和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。h=f(i,s)录像1返回课目U合返回书目概述

4 棱柱形渠道（Prismatic Channel） ：断面形状和尺寸沿程不变 的长直 明渠称为棱柱形渠道。h=f(i) 非棱柱形渠道（Non-Prismatic Channel） ：断面形状和尺 寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。h=f(i,s) 明渠 概述 2、按明渠的断面形状、尺寸是否沿流程变化分：

-三、渠道的底坡底坡i渠道底部沿程单位长度的降低值= sin 0~ tg0平坡（HorizontalBed）：i=O，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡正坡(Downhill Slope):i>0,明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡逆坡（AdverseSlope）：i0i<0i=0返回课目U合返回书概述

5 平坡（Horizontal Bed） ：i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 三、渠道的底坡 底坡i——渠道底部沿程单位长度的降低值。 i=0 i0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 概述 l z t g l z i  =  =   = sin   v i>0  l l´ z h

6第二节明渠均匀流特性及其产生条件一、明渠均匀流特性1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即J=J,=i列（1）－（2）能量方程得：Az = h.二0U=Const总水头线0?/2g水面线5? /2ghFV渠底线P2h0返回课目U合返回书目i>0

6 第二节 明渠均匀流特性及其产生条件 1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。 2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行，即： J J i = p = 列（1）- （2）能量方程得： J J i Const i J l h l z z h  = p =      = =  =   =  v   F G i>0 h / 2g 2  h / 2g 2  J JP i （1） （2）  l z P2 P1 一、明渠均匀流特性

ZF=0注：: U= Const.a=0=P, +Gsin 0-F-P, =0=GsinO=FP = P2总水头线u? /2g水面线0? /2ghFV渠底线P2JpPHi>0物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。返回课目U返回书

7 注： Gsin F P P P Gsin F P 0 Const a 0 F 0 1 2 1 2   =    = +  − − =  =  =   = 物理意义：水流因高程降低而引起的势能减少正好等于克服阻 力所损耗的能量，而水流的动能维持不变。 F G i>0 h / 2g 2  h / 2g 2  J JP i （1） （2）  l z P2 P1

X二、明渠均匀流的形成条件底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道2)渠道必须为顺坡(i>0)3)渠道中没有建筑物的局部干扰：明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入，汇出，#即流量不变。录像1返回课目U合返回书目

8 二、明渠均匀流的形成条件 1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道； 4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、 汇出，即流量不变。 3）渠道中没有建筑物的局部干扰； 2）渠道必须为顺坡(i>0)；

0第三节明渠均匀流的计算公式，明渠均匀流水力计算的基本公式一Q=Av连续性方程：U=CVRJ =CVRi谢才公式：.: Q = ApVo = A.Co /Ri = K, Vi式中：R一水力半径(m），R=A/P:P过水断面湿周水力坡度；谢才系数（ml/2/s）Ko明渠均匀流的流量模数，K。=A.CoVRAo相应于明渠均匀流正常水深时的过水断面面积返回课U合返回书

9 第三节 明渠均匀流的计算公式 一、明渠均匀流水力计算的基本公式 式中： R——水力半径（m），R=A/P； C——谢才系数（m1/2/s）。 Q A A C R i K i  = 0 v0 = 0 0 0 = 0 K0——明渠均匀流的流量模数， K0 = A0 C0 R0 A0——相应于明渠均匀流正常水深时的过水断面面积。 J ——水力坡度；    = = = C RJ C Ri Q A v v 谢才公式： 连续性方程： P——过水断面湿周

10二、梯形断面的几何计算1、基本量-底宽；h——边坡系数水深；m-b—m越小，-m越大，边坡越缓；Bm=ctgα边坡越陡；mhm=0时是矩形断面m根据边坡岩土性质及hm设计范围来选定。αb2、导出量水面宽BB=-b+2mhA过水断面面积A=(b+mh)h过水断面湿周X=b+2h/1+mX-R水力半径R=X返回课目U返回书

10 二、梯形断面的几何计算 1、基本量 b——底宽；h——水深；m——边坡系数 m=ctg ——m越大，边坡越缓；m越小， 边坡越陡； m=0时是矩形断面。 m 根据边坡岩土性质及 设计范围来选定。 2、导出量 B——水面宽 B=b+2mh   A R b h m = = + + 2 2 1 b  h m 1 B mh A——过水断面面积 A=(b+mh)h χ ——过水断面湿周 R——水力半径